Small RTOS51實(shí)現基于8位單片機的溫控器設計

1 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統Small RTOS51簡(jiǎn)介
嵌入式系統已成為當今的熱門(mén)話(huà)題之一，從消費類(lèi)電子產(chǎn)品到各種工業(yè)設備，嵌入式系統已滲透到日常生活的各個(gè)角落。對于嵌人式系統，一個(gè)重要的特征是實(shí)時(shí)性，即在確定的時(shí)間內完成規定的功能，并能對外部異步事件做出正確響應。確保系統的實(shí)時(shí)性，需要軟硬件配合來(lái)完成，首先必須保證硬件處理速度滿(mǎn)足實(shí)時(shí)要求，而對于軟件，就是采用與之相適應的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(Embedded Real_TimeOperating System，ERTOS)。
采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(ERTOS)，能夠保證系統中任務(wù)切換的實(shí)時(shí)性，事件響應時(shí)間的確定性及系統的高可靠性，同時(shí)，ERTOS將用戶(hù)應用程序看成是其上運行的多個(gè)任務(wù)，這就為程序的編寫(xiě)、調試和系統功能的擴展提供了極大方便，并且由于ERTOS的使用，客觀(guān)上使得應用軟件與下層硬件環(huán)境無(wú)關(guān)，便于嵌入式軟件的移植，從而可以大大降低系統開(kāi)發(fā)成本和開(kāi)發(fā)周期。目前，已推出的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統有很多種，比較常用的有VxWorks，WinCE，VRTX，pSOS，Palm OS，嵌入式Linux，Delta OS等。對于8051系列單片機，由于具有很少的RAM和ROM，在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統中，比較適合于這種單片機操作系統是Small RTOS51，它使用Keil C51所帶得RTX Tiny的堆棧管理機制，并和μC／OS-Ⅱ一樣是搶占式的。目前，Small RTOS的最新版本為1．20．3，可以支持任務(wù)的動(dòng)態(tài)建立與刪除，支持C51的重入函數，支持動(dòng)態(tài)內存分配等。

2 嵌入式溫控器
2．1 嵌入式溫控器的結構及原理
由Small RTOS51實(shí)現的基于8位單片機的溫控器的系統結構如圖1所示。單片機作為控制核心，負責讀取溫度傳感器的溫度，并輸出至LED顯示器顯示，按鍵用來(lái)設置溫控器的溫度，當溫度超限時(shí)由輸出控制部分輸出控制信號，驅動(dòng)繼電器或者報警裝置，電源部分為整個(gè)系統供電。
2．2 嵌入式溫控器硬件電路
由于溫控器的外圍電路比較簡(jiǎn)單，主控器所需的輸入／輸出口不多，故采用Atmel公司的AT89C2051，溫度傳感器采用美國DALLAS半導體公司的DS18B20，其數據信號線(xiàn)接微控制器P3．7，LED顯示器采用4個(gè)共陰極數碼管構成，由4個(gè)串入并出的移位寄存器74LS164驅動(dòng)，采用靜態(tài)顯示方式，P1．1作為L(cháng)ED顯示器的串行數據輸入，P1．0作為L(cháng)ED顯示器的串行時(shí)鐘輸入，輸出控制信號由P1．7輸出，控制PNP型晶體管，另外設置4個(gè)按鍵分別連接微控制器的P3．2～P3．5，其硬件電路如圖2所示。

3 系統軟件設計
3．1 任務(wù)的分解劃分
任務(wù)的劃分包括確定哪些變換屬于哪個(gè)任務(wù)，以及確定各任務(wù)的優(yōu)先級。具體劃分原則可參考文獻[1]。根據任務(wù)劃分的原則以及嵌入式溫控器的具體功能，本系統將任務(wù)分解劃分為按鍵顯示處理，溫度測量，和輸出執行3個(gè)任務(wù)。
3．2 系統軟件的設計
系統軟件設計主要包括主程序設計和各任務(wù)程序設計。
該設計主程序流程圖如圖3所示。主程序進(jìn)行初始化以后，順序建立3個(gè)任務(wù)，進(jìn)入CPU休眠狀態(tài)，各個(gè)任務(wù)運行后，首先進(jìn)入任務(wù)休眠狀態(tài)，等待相應任務(wù)的喚醒，任務(wù)被喚醒以后，進(jìn)行相應處理，再次進(jìn)入休眠狀態(tài)。各個(gè)任務(wù)均采用無(wú)限循環(huán)結構，其形式如下：

任務(wù)喚醒用函數OSTaskResume(TASK_ID)來(lái)完成。在KeilμVision 2下建立工程，編輯相應的頭文件config．h，并對OS_CFG．h和OS_CPU．h的有關(guān)內容進(jìn)行相應設置，進(jìn)行編譯直到成功為止。

4 結 語(yǔ)
根據嵌入式溫控器的硬件電路，利用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統Small RTOS51對其進(jìn)行程序設計，KeilμVision 2建立工程并進(jìn)行編譯，下載代碼后溫控器工作正常。對于現在仍然使用廣泛的8位單片機，采用Small RTOS51進(jìn)行程序設計，既簡(jiǎn)單又方便。利用中斷、信號量、消息隊列，可以實(shí)現更多功能和作用；另外實(shí)時(shí)操作系統有多種，但其原理類(lèi)似，懂得了其中之一，可以舉一反三，理解和應用其他嵌入式實(shí)時(shí)操作系統。